基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的公路路基造價方法研究

潘延昌

（蘭州鐵道設(shè)計院有限公司,甘肅 蘭州 730070）

1 概述

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，高速公路的建設(shè)也在全國范圍內(nèi)掀起了新的建設(shè)熱潮，十三五期間,我國的公路里程已達(dá)485萬km,其中高速公路總里程已達(dá)14.3萬km,位列世界第一。但是由于公路工程造價的不可控性以及行業(yè)現(xiàn)狀的不斷變化，對公路工程造價管理的要求也進(jìn)行一步提高[1]。尤其是隨著近幾年我國對公路工程的投入不斷加大，工程前期預(yù)算一次次被打破，導(dǎo)致對工程造價的管理要求也相應(yīng)提高。公路工程項目的造價問題已經(jīng)成為一個亟待解決的問題。

工程造價，最早為工程造價與管理是一種管理學(xué)的問題，造價作為該學(xué)科最為根本的問題已經(jīng)由來已久，Konchar M.K.[2]認(rèn)為造價為設(shè)計階段及施工階段所支付的工程費(fèi)用，其中不包含現(xiàn)場管理費(fèi)。谷重雄[3]則認(rèn)為用于某項工程的所有費(fèi)用即為造價的概念。而我國學(xué)者認(rèn)為工程造價是指從事某項工程時所有費(fèi)用的總和即為工程造價[4-6]。總而言之，不論國內(nèi)外學(xué)者對造價概念的理解不盡相同，但是，基本對造價在工程中的應(yīng)用的理解基本相同，即都認(rèn)為造價是對從事某項工程中某項或某幾項費(fèi)用的總和。

目前，針對公路工程造價管理的研究，國內(nèi)外學(xué)者取得了許多重要研究成果[7-9]。郭曉軍[10]通過公路工程造價的研究，建立了一套控制公路工程造價的系統(tǒng)，并通過實踐對系統(tǒng)的適用性進(jìn)行了優(yōu)化和處理。王新志通[11]過自主設(shè)計開發(fā)了造價系統(tǒng)，并對系統(tǒng)中的處理模型及包含框架進(jìn)行了說明。陳政[12]通過造價信息采集，對公路工程造價系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化。JianG.F[13]對美國的公路工程造價管理系統(tǒng)進(jìn)行了綜合分析和評價。ChouJ.S.[14]開發(fā)了對公路工程造價能夠進(jìn)行全周期監(jiān)控的系統(tǒng)，并進(jìn)行了應(yīng)用?？傊?，隨著科技手段的不斷進(jìn)步以及信息系統(tǒng)的不斷完善，對公路工程造價的管理研究會慢慢成熟。

本文主要通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合實際工程對公路路基土石方量及防護(hù)工程量進(jìn)行了計算，通過對計算結(jié)果和實際工程量的對比，研究本系統(tǒng)的適用性及結(jié)果的準(zhǔn)確性，以期研究結(jié)果對公路工程建設(shè)過程中施工造價的控制及施工成本的把握提供參考。

2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)及原理

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是根據(jù)神經(jīng)學(xué)中依靠神經(jīng)元建立起來的具有自動調(diào)節(jié)功能的動態(tài)模型系統(tǒng)，本文中的公路路基造價估算就是基于此而建立的，利用動態(tài)模型實時進(jìn)行造價調(diào)整，在工程建設(shè)過程中達(dá)到安全經(jīng)濟(jì)的目的，此方法具有靈活，操作簡便等優(yōu)點(diǎn)。

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用在工程造價中是主要依靠它的性質(zhì)決定的，即在其中輸入x個節(jié)點(diǎn)，經(jīng)過一系列非線性的運(yùn)算就會得到y(tǒng)個結(jié)果，這時候網(wǎng)絡(luò)空間也就從x維變?yōu)閥維。通過調(diào)整其中的參數(shù)，使其達(dá)到預(yù)期的效果，該模型分為三層，通過輸入信號在經(jīng)過內(nèi)部非線性函數(shù)的復(fù)雜計算導(dǎo)出結(jié)果，模型內(nèi)部分布圖如圖1所示。

圖1 模型內(nèi)部分層示意圖

圖中紅色部分所示分別為輸入層和輸出層，中間藍(lán)色部分所示為復(fù)雜函數(shù)計算層，通過中間一系列非線性復(fù)雜函數(shù)的計算達(dá)到動態(tài)調(diào)整公路路基造價的目的。

本模型中BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的計算過程如圖2所示，通過設(shè)定目標(biāo)和期望值對計算結(jié)果反復(fù)輸入及輸出以達(dá)到合理的要求。

圖2 模型計算流程圖

3 模型的計算過程

3.1 參數(shù)選取

在模型建立前期需要進(jìn)行大量的調(diào)查，選取合理的參數(shù)，以保證結(jié)果的可靠性、精確性和適用性。本模型主要是用來計算路基的造價而建立，因此通過查閱大量關(guān)于路基概預(yù)算資料，對模型中需要的計算參數(shù)進(jìn)行確定。最終通過建筑安裝工程費(fèi)獲得計算路基工程造價的參數(shù)，主要包括路基的長度及橫、縱斷面尺寸、地基處理的方法等。

3.2 模型計算過程

通過某高速公路路基土石方的統(tǒng)計，對全線路基土石方進(jìn)行匯總，得到土石方平均值為320000m3/km，通過對全線路基橋隧占比的統(tǒng)計，得到表示單位千米路基土石方量(x單位：m3/km)與橋隧比(y，單位：%)之間的關(guān)系式，從式1中可以看出基本滿足線性關(guān)系。

由于路基跨度大，各段的橋隧占比不均且土石方的用量也各不相同，因此，本模型建立過程中將防護(hù)工程量（y,單位：m3）分為以下幾個等級，并得到與土石方用量（x，單位：m3）的關(guān)系式見表 1。

表1 函數(shù)關(guān)系匯總表

通過前期的計算，將計算參數(shù)輸入界面，并對50km長共計7個標(biāo)段的路基工程進(jìn)行造價估算。

4 模型結(jié)果分析

通過對土石方及防護(hù)工程進(jìn)行路基工程造價的計算分別得到土石方及路基防護(hù)工程預(yù)測值與實際的誤差百分比，見表2、3。從表中可以看出，在土石方估算中最大誤差絕對值為12%，最小誤差為5%。在防護(hù)工程估算中最大誤差為16%，最小誤差為1%。

表2 模型土石方計算分析

表3 模型防護(hù)工程計算分析

圖3 誤差對比圖

圖3為通過模型計算得到的土石方工程及防護(hù)工程誤差對比圖，從圖中可以看出通過該模型計算得到的兩種工程誤差絕對值均小于16%，低于20%的要求，而且在土石方工程中基本都在10%以內(nèi)。在防護(hù)工程中誤差變化范圍幅度較大，說明由于防護(hù)工程的復(fù)雜性以及防護(hù)技術(shù)的不同較土石方工程量難以預(yù)測?？傮w而言，誤差值均在20%以內(nèi)，說明該模型可以用于一般路基工程量的估算。

5 結(jié)論與討論

本文主要采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，對公路路基造價的計算進(jìn)行了模擬，并對計算結(jié)果進(jìn)行了分析，分析結(jié)果表明本文建立的模型結(jié)果，基本符合實際工程中的情況，可以對以后路基工程造價的計算提供相應(yīng)的參考，本文主要得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：

1）在土石方估算中最大誤差絕對值為12%，最小誤差為5%。誤差值基本都在10%以內(nèi)，說明本模型在土石方工程量估算中可以簡單、有效地對路基土石方量進(jìn)行估算。

2）在防護(hù)工程估算中最大誤差為16%，最小誤差為1%，誤差變化范圍幅度較大，說明由于防護(hù)工程的復(fù)雜性以及防護(hù)技術(shù)的不同較土石方工程量估算誤差較大。

由于條件限制，本文中模型參數(shù)的選取以及工程量估算中忽略了實際工程的許多復(fù)雜因素，有必要在下一步總結(jié)工程現(xiàn)場數(shù)據(jù)，提高參數(shù)選取的全面性、精確性，以使模型估算值更接近于實際值。